Обоснование выбора функций отклика и основных факторов, влияющих на процесс смешивания

Для организации получения качественных сухих смесей в смесителе периодического действия с вертикальным расположением лопастного вала необходимо обеспечить процесс псевдоожижения компонентов смеси, который характерен для высокоскоростного режима смешивания (частота вращения лопастного вала более 5 с^-1).

Цикл процесса смешивания, при использовании лабораторной установки, состоит из:

-времени загрузки барабана компонентами смеси, которое зависит от объема корпуса (примерно 8-10 с);

-времени, необходимого для получения качественного готового продукта (16­20 сек);

-времени разгрузки смеси (примерно 10 сек).

На показатели функций отклика уравнений регрессии в рассматриваемом случае, влияют следующие геометрические и технологические факторы:

V_c ,σo, q = f (D, H, d, z, j, b, Z, a, h, β, С, k, φ, n_p, Z) (4.1)

где D- диаметр барабана смесителя, м;

H- высота барабана смесителя, м;

d- диаметр лопастного вала, м;

i- количество рядов лопастей на валу, шт.;

j- количество лопастей в ряду на валу, шт.;

b- ширина лопасти вертикального вала, м;

l- длина лопасти вертикального вала, м;

α - угол атаки лопасти вертикального вала, град.;

h- ширина винтовой поверхности лопастей барабана, м;

L_φ- длина образующей винтовой поверхности лопасти барабана, м; β- угол подъема винтовой поверхности лопастей барабана, град.;

С - величина живого сечения винтовой поверхности лопастей барабана, %; к - количество витков винтовой поверхности лопастей барабана, шт.; φ- коэффициент загрузки барабана материалом;

п_р - частота вращения лопастного вала, мин^-1;

t- время смешивания, с.

Анализ конструкций существующих высокоскоростных смесителей с вертикальным расположением вертикального вала показал [9,42,37], что наиболее целесообразно использовать соотношение высоты камеры барабана к его диаметру (H/D)равным 1,0-1,2 [6,59], поэтому размеры барабана лабораторной установки принимаем D =300 мм, H =310 мм.

Количество рядов лопастей (i)на валу зависит от высоты камеры (Н) смесителя и проекции их на вертикальную ось (h₀),длины образующей винтовой поверхности лопастей барабана (L_φ) умноженной на угол ее подъема (β). Угол подъема винтовой поверхности лопастей барабана выбран так, чтобы при смешивании порошковых материалов на них не создавались застойные зоны (рис. 4.4), т.е. не более 30^о и не менее 15^о, так как в этом случае не будет осуществляется межслоевое перемещение частиц загрузки.

Для того, чтобы лопасти вала проходили между разрывами винтовых поверхностей лопастей барабана, расстояние между ними принимается равным не менее ширины лопасти вертикального вала (b). Длина винтовой поверхности лопасти барабана определяется из соотношения ^l_ψ=^h₀'^sinβ, но при изготовлении винтовых поверхностей лопастей барабана также необходимо

учитывать кривизну внутренней поверхности барабана. Таким образом, H количество рядов лопастей определяется соотношением: ^l ~ ⅛ ₊/_? . При проектировании полупромышленной установки необходимо учитывать масштабный фактор. Выбирая геометрические параметры лопастей вала

₁ D - d смесителя, а именно: длина лопасти ^l— , ширина лопасти bи угол атаки

лопасти α [6,59], исходят из следующего:

- при максимальном угле атаки (α=90°) поверхность лопасти расположена горизонтально, при этом даже при числе оборотов вала менее 5 с^-1 происходит разрезание смеси на слои и не осуществляется процесс смешивания;

- при минимальном угле атаки (α=0°) поверхность лопасти расположена вертикально, при высокоскоростном режиме возникают большие лобовые сопротивления движению лопасти, что значительно увеличивает энергопотребление, а также не происходит набрасывание материала на винтовые поверхности лопастей барабана.

Поэтому [42] угол атаки лопастей варьируется в интервале 19÷51°. Количество лопастей в одном ряду на валу принимается равным 3 и располагаются относительно друг друга через 120°.

Для выбора ширины винтовой поверхности лопастей барабана были проведены эксперименты, в которых использовались лопасти с винтовыми поверхностями шириной от 20 до 60 мм (стр. 86,рис. 3.8), при чем, они выполнялись перфорированными с различной величиной живого сечения (рис. 4.8). Было установлено, что целесообразно принять ширину винтовой поверхности лопастей барабана равной 40 мм, а величину «живого сечения» С изменять в интервале от 14 до 46%.

При G>46^o% частицы материала, при набрасывании их на винтовую поверхность лопастей барабана, сразу просыпаются через отверстия в них и снова набрасываются лопастями на винтовую поверхность в этом же уровне. При С